CN113960922B - Pid控制参数整定方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请提供PID控制参数整定方法、装置、设备及存储介质，方法包括：获取按目标增益对设备进行PID控制时所采集的多个目标采样温度，所述设备当前被设定的温度为目标温度；根据所述多个目标采样温度，进行振荡曲线拟合，得到目标振荡拟合曲线，所述目标振荡拟合曲线用于反映所述多个目标采样温度的振荡规律；在所述目标振荡拟合曲线的偏距在预设偏差范围内的情况下，根据所述目标增益和所述目标振荡拟合曲线，确定所述目标温度对应的PID控制参数，所述目标振荡拟合曲线的偏距用于指示所述多个目标采样温度的波动情况。该方案能够快速确定设定温度对应的PID控制参数。

Description

PID控制参数整定方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本申请涉及控制领域，尤其涉及PID控制参数整定方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

比例、积分、微分（Proportion Integral Differential，PID）算法是工业过程控制中一种常用的控制算法，其可适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统。其中，PID控制具体可用于温度控制、压力控制、液位控制等控制场景中。

目前，在具有温控系统的设备中，如烤箱、炸锅等，会设置多个/多组工作温度，以满足不同的温度需求。设备的工作温度通常与PID控制参数有关，通常情况下，设备以一组PID控制参数进行温度控制，这样会导致在某些温度下无法实现精准控温，因此，如何实现精准控温是需要解决的问题。

发明内容

本申请提供PID控制参数整定方法、装置、设备及存储介质，以解决实现精准控温的技术问题。

第一方面，提供一种PID控制参数整定方法，包括：

获取按目标增益对设备进行PID控制时所采集的多个目标采样温度，所述设备当前被设定的温度为目标温度；

根据所述多个目标采样温度，进行振荡曲线拟合，得到目标振荡拟合曲线，所述目标振荡拟合曲线用于反映所述多个目标采样温度的振荡规律；

在所述目标振荡拟合曲线的偏距在预设偏差范围内的情况下，根据所述目标增益和所述目标振荡拟合曲线，确定所述目标温度对应的PID控制参数，所述目标振荡拟合曲线的偏距用于指示所述多个目标采样温度的波动情况。

在该技术方案中，通过获取设定温度为目标温度基于目标增益进行PID控制时采样得到的实际温度，并根据采样得到的实际温度进行振荡曲线拟合，得到反映实际温度的振荡规律的振荡拟合曲线，在振荡拟合曲线的偏距在预设偏差范围内的情况下，根据目标增益，确定目标温度对应的PID控制参数。振荡拟合曲线的偏距在预设偏差范围内时，说明采样得到的实际温度的波动和与目标温度之间的偏差较小，即按目标增益进行PID控制得到的实际温度能够与目标温度相符合，从而能够实现精准控温；基于采样温度进行振荡曲线拟合并确定振荡拟合曲线的偏距的方式，能够快速确定目标温度对应的PID控制参数。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：在所述偏距不在所述预设偏差范围内的情况下，根据所述偏距，调整所述目标增益，并返回执行所述获取按目标增益对设备进行PID控制时所采集的多个目标采样温度的步骤，直至所述偏距在所述预设偏差范围内或无法继续调整所述目标增益。当振荡拟合曲线的偏距不在预设偏差范围内时，说明采样得到的实际温度的波动和与目标温度之间的偏差较大，按目标增益对应的PID参数进行PID控制得到的实际温度与目标温度不符，通过调整增益，基于调整后的增益对应的PID参数进行PID控制得到的实际温度与目标温度相符，从而能够实现精准控温。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：在无法继续调整所述目标增益的情况下，根据最接近于所述预设偏差范围的偏距对应的目标增益，和最接近于所述预设偏差范围的偏距对应的目标振荡拟合曲线，确定所述目标温度对应的PID控制参数。在无法继续调整目标增益的情况下，将最接近于预设偏差范围的偏距对应的目标增益所对应的PID参数进行PID控制，能够使得PID控制得到的温度与目标温度最接近。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述根据所述多个目标采样温度，进行振荡曲线拟合，得到目标振荡拟合曲线，包括：对所述多个目标采样温度进行振荡曲线拟合，得到所述目标振荡拟合曲线；所述预设偏差范围为[T-a，T+a]，a为预设常数，T为所述目标温度；所述根据所述偏距，调整所述目标增益，包括：若所述偏距小于T-a，则增大所述目标增益；若所述偏距大于T+a，则减小所述目标增益。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述根据所述多个目标采样温度，进行振荡曲线拟合，得到目标振荡拟合曲线，包括：计算所述多个目标采样温度与所述目标温度之间的温度差；对所述温度差进行振荡曲线拟合，得到所述目标振荡拟合曲线；所述预设偏差范围为[-a，a]，a为预设常数；所述根据所述偏距，调整所述目标增益，包括：若所述偏距小于-a，则增大所述目标增益；若所述偏距大于+a，则减小所述目标增益。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述增大所述目标增益包括：以预设变化增益增大所述目标增益；或者以二分法在所述目标增益与最大增益之间调整所述目标增益；所述减小所述目标增益包括：以预设变化增益减小所述目标增益；或者以二分法在所述目标增益与最小增益之间调整所述目标增益。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述获取按目标增益对设备进行PID控制时所采集的多个目标采样温度之前，还包括：获取对设备设定的至少两个设定温度，所述目标温度为所述至少两个设定温度中的任意一个设定温度；所述根据所述目标增益和所述目标振荡拟合曲线，确定所述目标温度对应的PID控制参数之后，还包括：根据用于确定所述目标温度的PID控制参数的目标增益，确定所述目标温度的下一设定温度对应的目标增益，并将所述下一设定温度设定为所述设备的目标温度，执行所述获取按目标增益对设备进行PID控制时所采集的多个目标采样温度的步骤，直至确定完所有的设定温度的PID控制参数。通过将当前温度的增益作为当前温度的下一温度完成对所有设定温度的PID控制参数的设置，能够快速确定每个设定温度的PID控制参数。

第二方面，提供一种PID控制参数整定装置，包括：

温度采样模块，用于获取按目标增益对设备进行PID控制时所采集的多个目标采样温度，所述设备当前被设定的温度为目标温度；

曲线拟合模块，用于根据所述多个目标采样温度，进行振荡曲线拟合，得到目标振荡拟合曲线，所述目标振荡拟合曲线用于反映所述多个目标采样温度的振荡规律；

参数确定模块，用于在所述目标振荡拟合曲线的偏距在预设偏差范围内的情况下，根据所述目标增益和所述目标振荡拟合曲线，确定所述目标温度对应的PID控制参数，所述目标振荡拟合曲线的偏距用于指示所述多个目标采样温度的波动情况。

第三方面，提供一种计算机设备，包括存储器以及一个或多个处理器，一个或多个处理器用于执行存储在存储器中的一个或多个计算机程序，一个或多个处理器在执行一个或多个计算机程序时，使得该计算机设备实现上述第一方面的PID控制参数整定方法。

第四方面，提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序包括程序指令，上述程序指令当被处理器执行时使上述处理器执行上述第一方面的PID控制参数整定方法。

本申请可以实现如下技术效果：振荡拟合曲线的偏距在预设偏差范围内时，说明采样得到的实际温度的波动和与目标温度之间的偏差较小，即按目标增益进行PID控制得到的实际温度能够与目标温度相符合，从而能够实现精准控温；基于采样温度进行振荡曲线拟合并确定振荡拟合曲线的偏距的方式，能够快速确定目标温度对应的PID控制参数。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种PID控制参数整定方法的流程示意图；

图2A-图2K为本申请实施例提供的采样温度、温度差以及振荡拟合曲线的示意图；

图3是本申请实施例提供的一种PID控制参数整定装置的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的一种计算机设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

本申请的技术方案可适用于温度控制的场景中，具体可应用于具有温控系统的设备，如烤箱、电饭煲、空气炸锅、饮水机等，或，具体应用于与具有温控系统的设备有连接关系的其他设备，如在具有温控系统的设备出厂之前对具有温控系统的设备进行设置或修改的设备（如上位机）。

本申请的技术原理如下：为温控系统中的设定温度设置目标增益，采集按目标增益进行PID控制时的实际温度，基于采集到的实际温度构建反映实际温度的振荡规律的振荡拟合曲线，当振荡拟合曲线的偏距处于预设的偏差范围时，说明采集到的实际温度的波动和与设定温度的差距较小，PID控制得到的温度与设定温度相匹配，这种情况下，说明设置的目标增益是合理的，根据目标增益确定的PID控制参数进行温度控制能实现精准控制；当振荡拟合曲线的偏距不在预设的偏差范围时，说明采集到的实际温度的波动和与设定温度的差距较大，PID控制得到的温度与设定温度不匹配，这种情况下，说明设置的目标增益不够合理，调整目标增益，重复执行采集实际温度和构建振荡拟合曲线的步骤，直至构建得到的振荡拟合曲线的偏距处于预设的偏差范围内，进而使得温度控制得到的温度与设定温度相匹配。当调整增益无法使得振荡拟合曲线的偏距处于预设的偏差范围时，依据最接近于预设偏差范围的偏距对应的目标增益，确定PID控制参数，这种情况下进行温度控制得到的温度能够与设定温度的差距最小。通过不断设置调整增益并基于实际温度进行振荡曲线拟合的方式，能够快速对设定温度对应的PID控制参数进行设置；在设定温度较多的情况下，有助于提高PID控制参数设置的效率。

以下具体介绍本申请的技术方案。

参见图1，图1为本申请实施例提供的一种PID控制参数整定方法的流程示意图，其中，该方法可应用于具有温控系统的设备或者与具有温控系统的设备有连接关系的其他设备。如图1所示，该方法包括如下步骤：

S101，获取按目标增益对设备进行PID控制时所采集的多个目标采样温度。

其中，设备当前被设定的温度为目标温度。目标温度是指期望温度，可以理解为温控系统进行温度控制所需要/希望达到的温度，温控系统是指进行温度控制的系统，温控系统可以为任意一种具有温度控制功能的设备的温控系统。在具体实施场景中，目标温度可以是用户设置的温度或者实现加热功能所需的温度，以烤箱为例，假设用户在烤箱上设置的温度为230°，这里的230°即为目标温度。

其中，目标温度可以为温控系统中的任意一个设定温度。具体地，可以根据温控系统的特性，确定温控系统的温度变化范围，温度变化范围包含最大设定温度和最小设定温度，再根据具体的温度控制需求对温控系统的温度变化范围进行划分，得到多个设定温度，然后从多个设定温度中选择其中一个设定温度作为目标温度。在一种具体实现方式中，可以通过等分的形式对温控系统的温度变化范围进行划分，得到多个设定温度。以温度变化范围为[100，200]为例，则可以以50°为间隔，将温度变化范围划分为100°、150°以及200°，并将100°、150°以及200°分别作为设定温度。

在一些可能的实施方式中，可以对温控系统对应的多个设定温度进行排序，按顺序选择设定温度作为目标温度。以设定温度为上述100°、150°以及200°为例，则可以先选择100°作为目标温度，再选择150°作为目标温度，最后选择200°作为目标温度，确定200°对应的PID控制参数。可选地，也可以按其他方式选择设定温度作为目标温度。

本申请实施例中，目标增益是指振荡增益，是指温控系统基于PID控制的方式进行温度控制时，使控制得到的实际温度形成振荡时的增益，反映了温控系统中输出信号相较于输入信号的放大倍数。目标增益可根据经验获得，例如可以设置为10。

本申请实施例中，目标采样温度为设定温度在目标温度的情况下，按目标增益进行PID控制时的采样温度，可以理解为温控系统采用目标增益对应的PID控制参数进行温度控制实际达到的温度，其中，按目标增益进行PID控制是指按目标增益对应的PID参数进行温度控制。在具体实施场景中，目标采样温度可以是通过温度采集器/温度传感器采集到的温控系统的实际温度。应理解的是，目标采样温度的数量为多个。

具体实现中，在将温控系统的设定温度设置为目标温度后，可以判断温控系统的当前温度是否小于预设温度，若温控系统的当前温度大于预设温度，则进行散热，直至温控系统的当前温度小于或等于预设温度；在温控系统的当前温度小于或等于预设温度后，将温控系统的增益设置为目标增益，将温控系统对应的PID控制参数设置为目标增益对应的PID控制参数进行温度控制，通过温度采集器/温度传感器采集温控系统的运行温度，作为目标温度在目标增益下对应的目标采样温度。这样可以保证获取到的目标采样温度基于PID控制得到的，以便于更好地衡量PID控制的精准度。

S102，根据多个目标采样温度，进行振荡曲线拟合，得到目标振荡拟合曲线。

这里，根据多个目标采样温度，进行振荡曲线拟合，得到目标振荡拟合曲线是指：在目标采样温度呈周期性振荡(类似周期性振荡)后，基于目标采样温度的振荡规律，进行曲线拟合，得到反映目标采样温度的振荡规律的目标振荡拟合曲线。

其中，可以基于正弦曲线拟合或余弦曲线拟合的方式进行振荡曲线拟合，得到目标振荡拟合曲线。拟合得到的目标振荡拟合曲线为正弦拟合曲线或余弦拟合曲线。

具体地，在基于正弦曲线拟合的方式进行振荡曲线拟合的情况下，可以对目标采样温度进行正弦曲线拟合，得到正弦拟合曲线；拟合得到的正弦拟合曲线的表达式如下：

F₁（x）=A₁sin*（B₁x+C₁）+D₁（表达式1）

其中，x表示温度采样时刻，F₁（x）表示在x时刻的目标采样温度，A₁为目标采样温度振荡的幅度；B₁为目标采样温度的角速度，反映了目标采样温度振荡的频率；C₁为目标采样温度的初相，反映x为0时的目标采样温度的相位；D₁为偏距，反映正弦拟合曲线的整体偏移程度。

可选地，也可以计算目标采样温度与目标温度之间的温度差，对目标采样温度与目标温度之间的温度差进行正弦曲线拟合，得到正弦拟合曲线；拟合得到的正弦拟合曲线的表达式如下：

F₂（x）=A₂sin*（B₂x+C₂）+D₂ （表达式2）

其中，x表示时刻，F₂（x）表示在x时刻的目标采样温度与目标温度之间的温度差，A₂为温度差的幅度；B₂为温度差的角速度，反映了温度差的频率；C₂为温度差的初相，反映x为0时的温度差的相位；D₂为偏距，反映正弦拟合曲线的整体偏移程度。

具体地，在基于余弦曲线拟合的方式进行振荡曲线拟合的情况下，可以对目标采样温度进行余弦曲线拟合，得到余弦拟合曲线；拟合得到的余弦拟合曲线的表达式如下：

F₃（x）=A₃cos*（B₂x+C₂）+D₂（表达式3）

其中，x表示温度采样时刻，F₁（x）表示在x时刻的目标采样温度，A₃为目标采样温度振荡的幅度；B₃为目标采样温度的角速度，反映了目标采样温度振荡的频率；C₃为目标采样温度的初相，反映x为0时的目标采样温度的相位；D₃为偏距，反映余弦拟合曲线的整体偏移程度。

可选地，也可以计算目标采样温度与目标温度之间的温度差，对目标采样温度与目标温度之间的温度差进行余弦曲线拟合，得到余弦拟合曲线，其中，拟合得到的余弦拟合曲线的表达式如下：

F₄（x）=A₄cos*（B₄x+C₄）+D₄ （表达式4）

其中，x表示时刻，F₄（x）表示在x时刻的目标采样温度与目标温度之间的温度差，A₄为温度差的幅度；B₄为温度差的角速度，反映了温度差的频率；C₄为温度差的初相，反映x为0时的温度差的相位；D₄为偏距，反映余弦拟合曲线的整体偏移程度。

通过正弦曲线拟合或余弦曲线拟合的方式，可以得到反映目标采样温度的振荡规律的振荡拟合曲线，从而可以根据振荡拟合曲线的偏移程度确定目标采样温度相较于目标温度的偏差，进而可以衡量PID控制的精准度；通过对实际温度与目标温度之间的温度差进行拟合，使得拟合得到的目标振荡拟合曲线能够更直观地反映实际温度的波动和与目标温度之间的偏差情况。

具体实现中，在将温控系统的增益设置为目标增益并待温控系统运行一段时间后，当目标采样温度呈周期性振荡(类似周期性振荡)时，则可以基于处于周期性振荡(类似周期性振荡)状态下的目标采样温度，进行振荡曲线拟合，拟合方式可参见前述内容。其中，在将温控系统的增益设置为目标增益后，可以对目标采样温度的幅度进行监测，若监测到目标采样温度的幅度呈现周期性变化，则确定目标采样温度呈周期性振荡。可以理解的是，在设备的设定温度为目标温度的情况下，当所检测的温度在目标温度的附近波动时，可认为目标采样温度的幅度呈现周期性变化；波动范围可以为±5℃、±4℃、±3℃、±2℃、±1℃等，本申请对此不做限定。

S103，判断目标振荡拟合曲线的偏距是否在预设偏差范围内。

本申请实施例中，目标振荡拟合曲线的偏距用于指示目标振荡拟合曲线的偏移程度，即反映目标采样温度的波动情况。若目标振荡拟合曲线是对目标采样温度与目标温度之间的温度差进行拟合得到，目标振荡拟合曲线的偏距的绝对值越小，则说明振荡拟合曲线的偏移程度越低，目标采样温度的波动和相较于目标温度的偏差越小，PID控制越精准稳定；目标振荡拟合曲线的偏距的绝对值越大，则说明目标振荡拟合曲线的偏移程度越高，目标采样温度的波动和相较于目标温度的偏差越大，PID控制越不精准稳定。若目标振荡拟合曲线是对目标采样温度进行拟合得到，目标振荡拟合曲线的偏距与目标温度的差值的绝对值越小，则说明振荡拟合曲线的偏移程度越低，目标采样温度的波动和相较于目标温度的偏差越小，PID控制越精准稳定；目标振荡拟合曲线的偏距与目标温度的差值的绝对值越大，则说明目标振荡拟合曲线的偏移程度越高，目标采样温度的波动和相较于目标温度的偏差越小，PID控制越不精准稳定。

本申请实施例中，预设偏差范围为衡量目标振荡拟合曲线的偏移程度所设置的参考偏差范围，若目标振荡拟合曲线的偏距在预设偏差范围内，则说明PID控制够精准；若目标振荡拟合曲线的偏距不在预设偏差范围内，则说明PID控制不够精准。预设偏差范围可依据实际场景中温控系统所需的精准度以及拟合的对象进行设置。

在一种可行的实施方式中，预设偏差范围可以设置为[T-a，T+a]或[-a,a]，a为预设常数，T为目标温度。其中，若目标振荡拟合曲线是对目标采样温度与目标温度之间的温度差进行拟合得到，则预设偏差范围为[-a，+a]，若目标振荡拟合曲线是对目标采样温度进行拟合得到，则预设偏差范围为[T-a，T+a]。温控系统所需的精准度越高，则a越小，温度系统所需的精准度越低，则a越大。当然，预设偏差范围也可以设置为其他情况，本申请对于预设偏差范围不作限制。

其中，在目标振荡拟合曲线的偏距不在预设偏差范围的情况下，执行步骤S104；在目标振荡拟合曲线的偏距在预设偏差范围的情况下，执行步骤S105。

具体实现中，可以根据拟合得到的目标振荡拟合曲线的表达式确定目标振荡拟合曲线的偏距，然后将目标振荡拟合曲线的偏距与预设偏差范围进行比较。以目标振荡拟合曲线的表达式为前述表达式2为例，目标振荡拟合曲线的偏距为D₂。

S104，根据目标振荡拟合曲线的偏距，调整目标增益，执行步骤S101。

本申请实施例中，在预设偏差范围为前述的[T-a，T+a]的情况下，若目标振荡拟合曲线的偏距小于T-a，说明目标振荡拟合曲线向下偏移，目标增益不足，需要使目标振荡拟合曲线上移，则增大目标增益；若目标振荡拟合曲线的偏距大于T+a，则说明目标振荡拟合曲线向上偏移，目标增益过足，需要使目标振荡拟合曲线下移，则减小目标增益。同理，在预设偏差范围为前述的[-a，a]的情况下，若目标振荡拟合曲线的偏距小于-a，则增大目标增益；若目标振荡拟合曲线的偏距大于a，则减小目标增益。

其中，在增大目标增益或减小目标增益的过程中，可以基于二分法增大目标增益或减小目标增益，即首先确定目标增益的可调区间，然后选择可调区间的中间值（即两个端点值的平均数）作为调整值进行调整，后续以中间值作为可调区间的一个端点，根据调整后的情况，以可调区间原来的两个端点中的其中一个端点作为可调区间的另一个端点，对可调区间进行缩小更新，迭代执行，直至目标振荡拟合曲线的偏距处于预设偏差范围内，或者可调区间的两个端点的差值小于预设差值。

可选地，在增大目标增益或减小目标增益的过程中，也可以以预设变化增益增大目标增益，或者，以预设变化增益减小目标增益，其中，预设变化增益可根据具体情况进行设置。

可选地，在无法继续调整目标增益（如前述提及的可调区间已足够小、已使用完前述可调区间中或已没有其他可调值等）的情况下，可确定偏距最接近于预设偏差范围的目标振荡拟合曲线，根据偏距最接近于预设偏差范围的目标振荡拟合曲线对应的目标增益，和该偏距最接近于预设偏差范围的目标振荡拟合曲线，确定目标温度对应的PID控制参数，其中，根据目标增益和目标振荡曲线确定目标温度对应的PID控制参数的具体实现方式，可参考后续步骤S104的介绍。

S105，根据目标增益和目标振荡曲线，确定目标温度对应的PID控制参数。

具体地，可以基于Ziegler-Nichols闭环方法，根据目标增益和目标振荡曲线，确定目标温度对应的PID控制参数，目标温度对应的PID控制参数的计算公式如下：

Kp=Ku/1.7

Ti=Tu/2

Td=Tu/8

Ki=Kp*T/Ti

Kd=Kp*Td/Ti

其中，Kp、Ki、Kd分别为PID控制参数，Ku为目标增益，Tu为目标振荡拟合曲线的振荡周期。

在上述技术方案中，通过获取设定温度为目标温度基于目标增益进行PID控制时采样得到的实际温度，并根据采样得到的实际温度进行振荡曲线拟合，得到反映实际温度的振荡规律的振荡拟合曲线，在振荡拟合曲线的偏距在预设偏差范围内的情况下，根据目标增益，确定目标温度对应的PID控制参数。振荡拟合曲线的偏距在预设偏差范围内时，说明采样得到的实际温度的波动和与目标温度之间的偏差较小，即按目标增益进行PID控制得到的实际温度能够与目标温度相符合，从而能够实现精准控温；基于采样温度进行振荡曲线拟合并确定振荡拟合曲线的偏距的方式，能够快速确定目标温度对应的PID控制参数

可选地，在温控系统中的设定温度有多个的情况下，通过上述步骤S101~S105确定目标温度对应的PID控制参数后，还可以根据用于确定目标温度的PID控制参数的目标增益，确定目标温度的下一设定温度对应的目标增益，将目标温度的下一设定温度作为目标温度，执行上述步骤S101~S105的方法，直至确定出温控系统中的每个设定温度对应的PID控制参数。通过将当前温度的增益确定当前温度的下一温度完成对所有设定温度的PID控制参数的设置，能够快速确定每个设定温度的PID控制参数。

在实际中，通过以上实施例的方案确定了该设备在不同温度对应的PID控制参数之后，将该PID控制参数存储在设备程序中。设备可根据预先存储的PID控制参数进行温度控制，其中，在进行温度控制的过程中，设备可根据设定的目标温度，然后确定目标温度对应的PID控制参数，基于该目标温度对应的PID控制参数实现在该目标温度下的温度控制。

以下通过具体的示例来对上述技术方案进行说明，参见图2A-图2K。

以温控系统系统中有两个设定温度，分别为100°、150°为例。振荡曲线拟合的对象为目标采样温度与目标温度之间的温度差，预设偏差范围为[-0.05,0.05]，初始的目标增益Ku=15。

1、将150°作为目标温度：

按目标增益Ku=15进行PID控制，通过温度传感器采样到的目标采样温度如图2A中的A01所示，目标采样温度与目标温度之间的温度差如图2A中的A02所示，对A02中的温度差进行正弦曲线拟合，得到的目标振荡拟合曲线如2A中的A03所示，其中，A03中的目标振荡拟合曲线的拟合参数分别为A₂=2.44950339，B₂=0.05840311，C₂=-0.62301285，D₂=-1.83223762。

由于D₂=-1.83223762，不在预设偏差范围[-0.05,0.05]，且D₂小于-0.05，则增大目标增益Ku，将目标增益Ku调整为Ku=20，按目标增益Ku=20进行PID控制，通过温度传感器采样到的目标采样温度如图2B中的A04所示，目标采样温度与目标温度之间的温度差如图2B中的A05所示，对A05中的温度差进行正弦曲线拟合，得到的目标振荡拟合曲线如2B中的A06所示，其中，A06中的目标振荡拟合曲线的拟合参数分别为A₂=3.89895638，B₂=0.05306906，C₂=-2.09182717，D₂=-0.52932657。

由于D₂=-0.52932657，不在预设偏差范围[-0.05,0.05]，且D₂小于-0.05，继续增大目标增益Ku，将目标增益调整为Ku=25，按目标增益Ku=25进行PID控制，通过温度传感器采样到的目标采样温度如图2C中的A07所示，目标采样温度与目标温度之间的温度差如图2C中的A08所示，对A08中的温度差进行正弦曲线拟合，得到的目标振荡拟合曲线如2C中的A09所示，其中，A09中的目标振荡拟合曲线的拟合参数分别为A₂=-4.63277953，B₂=0.05149986，C₂=-0.36517481，D₂=0.45502811。

由于D₂=0.45502811不在预设偏差范围[-0.05,0.05]，且D₂大于0.05，则减小目标增益Ku，将目标增益Ku调整为Ku=22，按目标增益Ku=22进行PID控制，通过温度传感器采样到的目标采样温度如图2D中的A10所示，目标采样温度与目标温度之间的温度差如图2D中的A11所示，对A11中的温度差进行正弦曲线拟合，得到的目标振荡拟合曲线如2D中的A12所示，其中，A12中的目标振荡拟合曲线的拟合参数分别为A₂=-4.20655014，B₂=0.05314901，C₂=-0.271315，D₂=-0.07315267。

由于D₂=-0.07315267不在预设偏差范围[-0.05,0.05]内，且D₂小于-0.05，则增大目标增益Ku，将目标增益Ku调整为Ku=23，按目标增益Ku=23进行PID控制，通过温度传感器采样到的目标采样温度如图2E中的A13所示，目标采样温度与目标温度之间的温度差如图2E中的A14所示，对A14中的温度差进行正弦曲线拟合，得到的目标振荡拟合曲线如2E中的A15所示，其中，A15中的目标振荡拟合曲线的拟合参数分别为A₂=-4.29623978，B₂=0.05263611，C₂=-0.17259603，D₂=-0.02544723。

由于D₂=-0.02544723，在预设偏差范围[-0.05,0.05]内，则根据目标增益Ku=23和A15中的目标振荡拟合曲线，确定目标温度150°的PID控制参数。

其中，确定方式如下：

计算A25中的目标振荡拟合曲线的振荡周期：Tu=2*π/ B₂=119.45≈120

Kp=Ku/1.7=23/1.7=13.5

Ti=Tu/2=60

Td=Tu/8=15

Ki=Kp*T/Ti=2.25

Kd=Kp*Td/Ti=20.25

这样，就确定出的目标温度150°对应的PID控制参数为：Kp=13，Ki=2.2，Kd=20。

基于这组参数进行实际控制时的目标采样温度如图2F中的A16所示，目标采样温度与目标温度之间的温度差如图2F中的A17所示，从A17可以看出，在振荡稳定后，温度偏差稳定在±1℃，在小范围内波动，实现了精准控温。

2、将100°作为目标温度：

在150°所采用的目标增益Ku=23的基础上，将目标增益Ku调整为Ku=25，按目标增益Ku=25进行PID控制，通过温度传感器采样到的目标采样温度如图2G中的B01所示，目标采样温度与目标温度之间的温度差如图2G中的B02所示，对B02中的温度差进行正弦曲线拟合，得到的目标振荡拟合曲线如2G中的B03所示，其中，B03中的目标振荡拟合曲线的拟合参数分别为A₂=0.86772904，B₂=0.06972082，C₂=1.87030148，D₂=-0.62029986。

由于D₂=-0.62029986，不在预设偏差范围[-0.05,0.05]，且D₂小于-0.05，则增大目标增益Ku，将目标增益Ku调整为Ku=30，按目标增益Ku=30进行PID控制，通过温度传感器采样到的目标采样温度如图2H中的B04所示，目标采样温度与目标温度之间的温度差如图2H中的B05所示，对B05中的温度差进行正弦曲线拟合，得到的目标振荡拟合曲线如2H中的B06所示，其中，B06中的目标振荡拟合曲线的拟合参数分别为A₂= -2.86927824，B₂=0.05179062，C₂=0.21598589，D₂=0.75312382。

由于D₂=0.75312382，不在预设偏差范围[-0.05,0.05]，且D₂大于0.05，则减小增益Ku，将目标增益Ku调整为Ku=27，按目标增益Ku=27进行PID控制，通过温度传感器采样到的目标采样温度如图2I中的B07所示，目标采样温度与目标温度之间的温度差如图2I中的B08所示，对B08中的温度差进行正弦曲线拟合，得到的目标振荡拟合曲线如2I中的B09所示，其中，B09中的目标振荡拟合曲线的拟合参数分别为A₂= -2.02695986，B₂=0.05972457，C₂=-0.77460054，D₂=0.06450292。

由于D₂=0.06450292，不在预设偏差范围[-0.05,0.05]，且D₂大于0.05，则减小增益Ku，将目标增益Ku调整为Ku=26，按目标增益Ku=26进行PID控制，通过温度传感器采样到的目标采样温度如图2J中的B10所示，目标采样温度与目标温度之间的温度差如图2J中的B11所示，对B11中的温度差进行正弦曲线拟合，得到的目标振荡拟合曲线如2J中的B12所示，其中，B12中的目标振荡拟合曲线的拟合参数分别为A₂= 1.36794808，B₂=0.06074273，C₂=-0.76114218，D₂=-0.18538005。

由于26和27之间已无整数值增益，因此，可根据最接近于预设偏差范围的偏距D₂=-0.18538005 对应的目标增益Ku=27和B09中的目标振荡拟合曲线，确定目标温度100°对应的PID控制参数。

其中，确定方式如下：

计算B09中的目标振荡拟合曲线的振荡周期：Tu=2*π/ B₂=105.24≈105

Kp=Ku/1.7=23/1.7=15.9

Ti=Tu/2=52.5

Td=Tu/8=13.125

Ki=Kp*T/Ti=3

Kd=Kp*Td/Ti=21

这样，就确定出的目标温度100°对应的PID控制参数为：Kp=16，Ki=3，Kd=21。

基于这组PID控制参数进行实际控制时的目标采样温度如图2K中的B13所示，目标采样温度与目标温度之间的温度差如图2K中的B14所示。

上述介绍了本申请的方法，为了更好地实施本申请的方法，接下来介绍本申请的装置。

参见图3，图3是本申请实施例提供的一种PID控制参数整定装置的结构示意图，PID控制参数整定装置可以为上述具有温控系统的设备或者与具有温控系统的设备有连接关系的其他设备的一部分。如图4所示，该PID控制参数整定装置20包括：

温度采样模块201，用于获取按目标增益对设备进行PID控制时所采集的多个目标采样温度，所述设备当前被设定的温度为目标温度；

曲线拟合模块202，用于根据所述多个目标采样温度，进行振荡曲线拟合，得到目标振荡拟合曲线，所述目标振荡拟合曲线用于反映所述多个目标采样温度的振荡规律；

参数确定模块203，用于在所述目标振荡拟合曲线的偏距在预设偏差范围内的情况下，根据所述目标增益和所述目标振荡拟合曲线，确定所述目标温度对应的PID控制参数，所述目标振荡拟合曲线的偏距用于指示所述多个目标采样温度的波动情况。

在一种可能的设计中，上述PID控制参数整定装置20还包括：调整模块204，用于在所述偏距不在所述预设偏差范围内的情况下，根据所述偏距，调整所述目标增益，并返回执行所述获取按目标增益对设备进行PID控制时所采集的多个目标采样温度的步骤，直至所述偏距在所述预设偏差范围内或无法继续调整所述目标增益。

在一种可能的设计中，上述参数确定模块203还用于：在无法继续调整所述目标增益的情况下，根据最接近于所述预设偏差范围的偏距对应的目标增益，和最接近于所述预设偏差范围的偏距对应的目标振荡拟合曲线，确定所述目标温度对应的PID控制参数。

在一种可能的设计中，所述曲线拟合模块202具体用于：对所述目标采样温度进行振荡曲线拟合，得到所述目标振荡拟合曲线；所述预设偏差范围为[T-a，T+a]，a为预设常数，T为所述目标温度，上述参数确定模块203具体用于：若所述偏距小于T-a，则增大所述目标增益；若所述偏距大于T+a，则减小所述目标增益。

在一种可能的设计中，上述曲线拟合模块202具体用于：计算所述目标采样温度与所述目标温度之间的温度差；对所述温度差进行振荡曲线拟合，得到所述目标振荡拟合曲线；上述参数确定模块203具体用于：若所述偏距小于T-a，则增大所述目标增益；若所述偏距大于T+a，则减小所述目标增益。

在一种可能的设计中，上述参数确定模块203具体用于：以预设变化增益增大所述目标增益；或者以二分法在所述目标增益与最大增益之间调整所述目标增益；和/或，以预设变化增益减小所述目标增益；或者以二分法在所述目标增益与最小增益之间调整所述目标增益。

在一种可能的设计中，上述获取模块具体用于：获取对设备设定的至少两个设定温度，所述目标温度为所述至少两个设定温度中的任意一个设定温度；上述温度采样模块201还用于：根据用于确定所述目标温度的PID控制参数的目标增益，确定所述目标温度的下一设定温度对应的目标增益，并将所述下一设定温度作为所述目标温度，执行所述获取目标温度在目标增益下对应的目标采样温度的步骤，直至确定完所有的设定温度的PID控制参数。

需要说明的是，图3对应的实施例中未提及的内容可参见前述图1方法实施例的描述，这里不再赘述。

上述装置，通过获取设定温度为目标温度基于目标增益进行PID控制时采样得到的实际温度，并根据采样得到的实际温度进行振荡曲线拟合，得到反映实际温度的振荡规律的振荡拟合曲线，在振荡拟合曲线的偏距在预设偏差范围内的情况下，根据目标增益，确定目标温度对应的PID控制参数。振荡拟合曲线的偏距在预设偏差范围内时，说明采样得到的实际温度的波动和与目标温度之间的偏差较小，即按目标增益进行PID控制得到的实际温度能够与目标温度相符合，从而能够实现精准控温；基于采样温度进行振荡曲线拟合并确定振荡拟合曲线的偏距的方式，能够快速确定目标温度对应的PID控制参数。

参见图4，图4是本申请实施例提供的一种计算机设备的结构示意图，该计算机设备30包括处理器301、存储器302。处理器301连接到存储器302，例如处理器301可以通过总线连接到存储器302。

处理器301被配置为支持该计算机设备30执行上述方法实施例中的方法中相应的功能。该处理器301可以是中央处理器（central processing unit， CPU），网络处理器（network processor，NP），硬件芯片或者其任意组合。上述硬件芯片可以是专用集成电路（application specific integrated circuit，ASIC），可编程逻辑器件（programmablelogic device，PLD）或其组合。上述PLD可以是复杂可编程逻辑器件（complexprogrammable logic device，CPLD），现场可编程逻辑门阵列（field-programmable gatearray，FPGA），通用阵列逻辑（generic array logic，GAL）或其任意组合。

存储器302用于存储程序代码等。存储器302可以包括易失性存储器（volatilememory，VM），例如随机存取存储器（random access memory， RAM）；存储器302也可以包括非易失性存储器（non-volatile memory，NVM），例如只读存储器（read-only memory，ROM），快闪存储器（flash memory），硬盘（hard disk drive， HDD）或固态硬盘（solid-state drive， SSD）；存储器302还可以包括上述种类的存储器的组合。

处理器301可以调用所述程序代码以执行以下操作：

获取按目标增益对设备进行PID控制时所采集的多个目标采样温度，所述设备当前被设定的温度为目标温度；

根据所述多个目标采样温度，进行振荡曲线拟合，得到目标振荡拟合曲线，所述目标振荡拟合曲线用于反映所述多个目标采样温度的振荡规律；

在所述目标振荡拟合曲线的偏距在预设偏差范围内的情况下，根据所述目标增益和所述目标振荡拟合曲线，确定所述目标温度对应的PID控制参数，所述目标振荡拟合曲线的偏距用于指示所述多个目标采样温度的波动情况。

本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被计算机执行时使所述计算机执行如前述实施例所述的方法。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only memory，ROM）或随机存储记忆体（Random Accessmemory，RAM）等。

以上所揭露的仅为本申请较佳实施例而已，当然不能以此来限定本申请之权利范围，因此依本申请权利要求所作的等同变化，仍属本申请所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种PID控制参数整定方法，其特征在于，包括：

获取按目标增益对设备进行PID控制时所采集的多个目标采样温度，所述设备当前被设定的温度为目标温度；

根据所述多个目标采样温度，进行振荡曲线拟合，得到目标振荡拟合曲线，所述目标振荡拟合曲线用于反映所述多个目标采样温度的振荡规律；

在所述目标振荡拟合曲线的偏距在预设偏差范围内的情况下，根据所述目标增益和所述目标振荡拟合曲线，确定所述目标温度对应的PID控制参数，所述目标振荡拟合曲线的偏距用于指示所述多个目标采样温度的波动情况，其中，所述偏距用于指示所述目标振荡拟合曲线的偏移程度，所述偏移程度用于反映以所述目标增益进行PID控制时的PID控制是否精准稳定。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述偏距不在所述预设偏差范围内的情况下，根据所述偏距，调整所述目标增益，并返回执行所述获取按目标增益对设备进行PID控制时所采集的多个目标采样温度的步骤，直至所述偏距在所述预设偏差范围内或无法继续调整所述目标增益。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在无法继续调整所述目标增益的情况下，根据最接近于所述预设偏差范围的偏距对应的目标增益，和最接近于所述预设偏差范围的偏距对应的目标振荡拟合曲线，确定所述目标温度对应的PID控制参数。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述根据所述多个目标采样温度，进行振荡曲线拟合，得到目标振荡拟合曲线，包括：

对所述多个目标采样温度进行振荡曲线拟合，得到所述目标振荡拟合曲线；

所述预设偏差范围为[T-a，T+a]，a为预设常数，T为所述目标温度；

所述根据所述偏距，调整所述目标增益，包括：

若所述偏距小于T-a，则增大所述目标增益；

若所述偏距大于T+a，则减小所述目标增益。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述根据所述多个目标采样温度，进行振荡曲线拟合，得到目标振荡拟合曲线，包括：

计算所述多个目标采样温度与所述目标温度之间的温度差；

对所述温度差进行振荡曲线拟合，得到所述目标振荡拟合曲线；

所述预设偏差范围为[-a，a]，a为预设常数；

所述根据所述偏距，调整所述目标增益，包括：

若所述偏距小于-a，则增大所述目标增益；

若所述偏距大于+a，则减小所述目标增益。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，

所述增大所述目标增益包括：

以预设变化增益增大所述目标增益；或者以二分法在所述目标增益与最大增益之间调整所述目标增益；

所述减小所述目标增益包括：

以预设变化增益减小所述目标增益；或者以二分法在所述目标增益与最小增益之间调整所述目标增益。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述获取按目标增益对设备进行PID控制时所采集的多个目标采样温度之前，还包括：

获取对设备设定的至少两个设定温度，所述目标温度为所述至少两个设定温度中的任意一个设定温度；

所述根据所述目标增益和所述目标振荡拟合曲线，确定所述目标温度对应的PID控制参数之后，还包括：

根据用于确定所述目标温度的PID控制参数的目标增益，确定所述目标温度的下一设定温度对应的目标增益，并将所述下一设定温度设定为所述设备的目标温度，执行所述获取按目标增益对设备进行PID控制时所采集的多个目标采样温度的步骤，直至确定完所有的设定温度的PID控制参数。

8.一种PID控制参数整定装置，其特征在于，包括：

温度采样模块，用于获取按目标增益对设备进行PID控制时所采集的多个目标采样温度，所述设备当前被设定的温度为目标温度；

曲线拟合模块，用于根据所述多个目标采样温度，进行振荡曲线拟合，得到目标振荡拟合曲线，所述目标振荡拟合曲线用于反映所述多个目标采样温度的振荡规律；

参数确定模块，用于在所述目标振荡拟合曲线的偏距在预设偏差范围内的情况下，根据所述目标增益和所述目标振荡拟合曲线，确定所述目标温度对应的PID控制参数，所述目标振荡拟合曲线的偏距用于指示所述多个目标采样温度的波动情况，其中，所述偏距用于指示所述目标振荡拟合曲线的偏移程度，所述偏移程度用于反映以所述目标增益进行PID控制时的PID控制是否精准稳定。

9.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器以及处理器，所述处理器用于执行存储在所述存储器中的一个或多个计算机程序，所述处理器在执行所述一个或多个计算机程序时，使得所述计算机设备实现如权利要求1-7任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时使所述处理器执行如权利要求1-7任一项所述的方法。

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